細(xì)旦聚苯硫醚(PPS)高性能短纖維的開發(fā)應(yīng)用

李文俊

(蘇州金泉新材料股份有限公司,江蘇 蘇州 215531)

細(xì)旦聚苯硫醚(PPS)高性能短纖維的開發(fā)應(yīng)用

李文俊

(蘇州金泉新材料股份有限公司,江蘇 蘇州 215531)

針對(duì)高溫袋式除塵中使用的高性能細(xì)旦聚苯硫醚(PPS)短纖維全部依賴進(jìn)口的局面，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研發(fā)，從原料的選用、干燥、紡絲、牽伸工藝等方面進(jìn)行了開發(fā)與研究，生產(chǎn)出高品質(zhì)的細(xì)旦PPS纖維，以滿足市場(chǎng)需求。

高性能；細(xì)旦；短纖維；高溫除塵；PPS

近年入冬以來(lái)，我國(guó)以北京為代表的部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)多次遭遇較為嚴(yán)重的霧霾天氣，從而引發(fā)了人們對(duì)減少粉塵等有害物質(zhì)對(duì)空氣污染程度的前所未有的關(guān)注。在此以前我國(guó)已經(jīng)把保護(hù)環(huán)境作為重要的課題來(lái)抓，對(duì)燃煤煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次提高，目前新標(biāo)準(zhǔn)已提到了小于20 mg/Nm3，要達(dá)到這一新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)除塵技術(shù)提出了更高要求，以前靜電除塵效率最高可以達(dá)到99%，但排放濃度仍在100～300 mg/Nm3，這已經(jīng)不能滿足新的排放要求，而新型袋式除塵方式，使用新過(guò)濾材料。除塵效率可達(dá)99.9%。

新材料技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)三大支柱性高新技術(shù)，也是當(dāng)今全球高度關(guān)注的最為重要、發(fā)展最快的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。高新技術(shù)纖維材料是新材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，它涵蓋高性能纖維、新型功能性及生物質(zhì)纖維材料等產(chǎn)業(yè)鏈系列品種，是新時(shí)期化纖行業(yè)戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)。“十二五”期間，在發(fā)展產(chǎn)業(yè)用專用化纖原料方面，對(duì)碳纖維、聚苯硫醚、聚四氟乙烯等高技術(shù)纖維，在穩(wěn)定纖維質(zhì)量、降低纖維生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高制品的耐熱、耐腐蝕、抗氧化功能，加快高性能纖維環(huán)保濾料/濾袋、高強(qiáng)細(xì)旦單絲濾料的產(chǎn)業(yè)化，提升常規(guī)濾料產(chǎn)品的使用壽命、抗阻力、均勻度、耐高溫、耐腐蝕、過(guò)濾精度和易清灰性能等也是“十三五”產(chǎn)業(yè)用化纖的重要發(fā)展方向。

在全球氣候變暖，各國(guó)對(duì)環(huán)保投入加大的大環(huán)境下，以聚苯硫醚纖維為原料制成的耐高溫耐腐蝕濾料濾袋，目前是火電廠達(dá)標(biāo)排放的最佳除塵方式，聚苯硫醚纖維主要用于特種功能的過(guò)濾材料，如熱電廠的高溫袋式除塵、垃圾焚燒煙氣過(guò)濾、水泥廠煙氣過(guò)濾、電絕緣材料、阻燃材料、復(fù)合材料等領(lǐng)域。國(guó)際市場(chǎng)對(duì)聚苯硫醚短纖需求迅猛增加，目前國(guó)內(nèi)已有一定的生產(chǎn)能力，但由于種種原因現(xiàn)有的主要品種都集中在線密度2.2 dtex以上，對(duì)具有高比表面積、高精度過(guò)濾要求的細(xì)旦纖維還全部依賴國(guó)外進(jìn)口，因此，開發(fā)細(xì)旦聚苯硫醚纖維，發(fā)展我國(guó)經(jīng)濟(jì)，以減少污染、提高大氣質(zhì)量，勢(shì)在必行。

對(duì)我公司在現(xiàn)有生產(chǎn)2.2 dtex聚苯硫醚短纖維的成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，提高纖維的比表面積，增加纖維織物的過(guò)濾精度，開發(fā)高性能聚苯硫醚細(xì)旦短纖維，進(jìn)行了生產(chǎn)工藝條件的探討。

1 PPS細(xì)旦纖維與常規(guī)纖維的過(guò)濾性能比較

線密度1.1 dtex細(xì)旦纖維比常規(guī)2.2 dtex及2.2 dtex以上纖維比表面積大40%以上，單位克重相同的過(guò)濾氈，纖維直徑、線密度越小，纖維濾料單位體積的纖維數(shù)量就越多，纖維的表面積就越大，過(guò)濾效率、精度就越高。一是纖維根數(shù)多，二是因?yàn)槔w維細(xì)，故纖維之間纏繞緊密，同樣厚度情況下，孔徑小、纖維比較致密、密度高。在同樣工況條件下，對(duì)于處理同樣的一般性粉塵顆粒，細(xì)旦纖維濾料的效率會(huì)比普通纖維濾料高出許多，出口排放濃度相對(duì)低，在這一點(diǎn)上，細(xì)旦纖維濾料可以取代覆膜濾料，提高使用效率。

2 試驗(yàn)部分

2.1 設(shè)備改造

在我公司現(xiàn)有專用的聚苯硫醚短纖維生產(chǎn)線上，針對(duì)細(xì)旦纖維生產(chǎn)特點(diǎn)，從提高設(shè)備的控制精度、紡絲組件等方面進(jìn)行一系列改造，來(lái)滿足細(xì)旦纖維生產(chǎn)要求。

2.2 工藝流程

粉料造?！Ａ陷斔汀Y(jié)晶→干燥→擠壓機(jī)熔融→過(guò)濾→計(jì)量→紡絲→冷卻→上油、集絲→喂入輪→盛絲桶→平衡→集束→后牽伸→烘干、定型→切斷→打包→成品。

2.3 原料樹脂

根據(jù)聚苯硫醚短纖維的技術(shù)指標(biāo)要求，結(jié)合聚苯硫醚樹脂的特性及其紡絲工藝的研究，聚苯硫醚樹酯的流動(dòng)指數(shù)及純度，分子量大小及其分布范圍等指標(biāo)對(duì)紡制纖維非常關(guān)鍵，從國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的十幾種聚苯硫醚樹脂中，確立了原料基本要求如表1所示。

表1 基礎(chǔ)樹脂性能

2.4 油劑

聚苯硫醚短纖維的上油量、油劑抗靜電性能、纖維間的摩擦性能等直接影響纖維的后續(xù)加工及濾布質(zhì)量，因此油劑的選用十分關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外油劑性能的研究比較，我們選擇4種油劑進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 油劑性能

從表2分析，我們選用了2#、3#、4#油劑進(jìn)行試用，通過(guò)試用確定3#、4#比較適合。

2.5 干燥紡絲技術(shù)

2.5.1 干燥

聚苯硫醚粉料及造粒時(shí)，會(huì)含有水份，不經(jīng)過(guò)干燥，在熔融時(shí)產(chǎn)生水解，噴絲時(shí)產(chǎn)生氣泡造成飄絲、斷絲、硬頭等，因此必須進(jìn)行干燥。但干燥溫度、時(shí)間都會(huì)影響樹脂質(zhì)量，要避免熱降解等不利因素。通過(guò)研究試驗(yàn)，確立了合適的干燥工藝見表3。

2.5.2 紡絲

聚苯硫醚紡絲是極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，由于聚苯硫醚分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，溫度高，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起交聯(lián)，無(wú)法紡絲；溫度低了，聚苯硫醚分子鏈剛性大，流動(dòng)差也無(wú)法紡絲。樹脂分子鏈的大小、分布，熔體的流動(dòng)速率、噴絲頭牽伸比，噴絲孔孔型、孔徑、長(zhǎng)徑比，熔體壓力的穩(wěn)定性等都關(guān)系到紡絲質(zhì)量。

表3 干燥工藝參數(shù)

熔體由噴絲板噴出后，通過(guò)吹風(fēng)頭，受空氣冷卻固化后進(jìn)入卷繞機(jī)。絲條出噴絲板后在很短的時(shí)間內(nèi)由熔體細(xì)流變成塑狀的單絲，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這種變化受吹風(fēng)上空氣流的速度均勻性影響很大。

吹風(fēng)風(fēng)壓采用先進(jìn)的高精度控制系統(tǒng)，使吹出風(fēng)的壓力保持恒定，不受進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓變化的影響。冷卻固化的絲條，經(jīng)過(guò)上油裝置，對(duì)絲束進(jìn)行上油給濕，增加纖維的抱合力，提高纖維的抗靜電性能，減少纖維與設(shè)備、纖維與纖維之間的摩擦力，提高纖維的后加工性能。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工藝探索，總結(jié)出合適的紡絲工藝，如表4所示。

表4 主要紡絲工藝參數(shù)

2.6 后牽伸熱處理

盛絲桶送去平衡間平衡12 h后送到集束架，集束架每列的布置，可根據(jù)生產(chǎn)品種的需求調(diào)整盛絲桶數(shù)。

從集束架出來(lái)的絲束，通過(guò)收絲前導(dǎo)絲機(jī)分成2股絲束，鋪成片，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)絲機(jī)整束引導(dǎo)，通過(guò)浸油槽，絲束鋪成一定寬度和厚薄均勻的絲片，使絲束上的紡絲油劑層更均勻，然后進(jìn)入牽伸。

牽伸是經(jīng)過(guò)牽伸機(jī)組通過(guò)油或蒸汽來(lái)加熱，牽伸溫度控制在60～210 ℃內(nèi)，3～6倍的牽伸比，使絲條獲得了其分子結(jié)構(gòu)的全部取向。

牽伸后的絲片由疊絲機(jī)將兩絲束疊成一片，絲片寬度和疊合的好壞直接影響到卷曲的質(zhì)量，疊合后的絲片經(jīng)三輥張力架調(diào)節(jié)進(jìn)入卷曲機(jī)的張力，經(jīng)蒸汽預(yù)熱箱進(jìn)入卷曲機(jī)。出卷曲機(jī)的絲條在鋪絲機(jī)作用下均勻鋪至松馳熱定型機(jī)鏈板上，經(jīng)高溫定型和強(qiáng)制風(fēng)冷卻，使絲束干燥，在80～240 ℃下，定型10～50 min。

冷卻干燥后的絲束經(jīng)過(guò)帶張力控制輥的制動(dòng)輥架，在均勻張力下從水平放置的刀盤切線方向喂入切斷機(jī)中，切成所需長(zhǎng)度。切斷刀輪可在后加工不停機(jī)的情況下更換，切斷的纖維通過(guò)風(fēng)送到打包機(jī)棉箱，由打包機(jī)完成纖維的計(jì)量及包裝，然后將成品入庫(kù)。

2.7 纖維指標(biāo)

試驗(yàn)成品與進(jìn)口纖維指標(biāo)比較，見表5及圖1。

表5 試驗(yàn)成品與進(jìn)口纖維指標(biāo)

圖1 強(qiáng)力試驗(yàn)

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，生產(chǎn)出了合格細(xì)旦PPS產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品水平。紡絲工藝的關(guān)鍵是要重點(diǎn)針對(duì)細(xì)旦纖維生產(chǎn)的特性，尤其是紡絲組件設(shè)計(jì)與裝配。原料與設(shè)備的選擇方面，由于纖維較細(xì)，對(duì)原料及紡絲油劑的質(zhì)量要求相當(dāng)高，細(xì)旦纖維生產(chǎn)對(duì)溫度、速度等工藝條件相當(dāng)敏感，設(shè)備的控制精度要好，才能保證生產(chǎn)過(guò)程的精確控制。加大生產(chǎn)過(guò)程的精細(xì)化管理，有助于穩(wěn)定提高產(chǎn)品質(zhì)量。

[1] 王 樺，覃 俊，陳麗萍.聚苯硫醚纖維及其應(yīng)用[J].合成纖維，2012，41(3):7-12.

[2] 楊 杰.聚苯硫醚樹酯及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3] 潘祖紅. 高分子化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1986.

[4] 孫亞顏，焦曉寧.聚苯硫醚針刺氈在高溫除塵上的應(yīng)用性能研究[J].合成纖維，2010，39(5):6-8.

印尼最大紡機(jī)展開幕，300多家中國(guó)企業(yè)強(qiáng)勢(shì)亮相

4月19日，2017雅加達(dá)國(guó)際紡織及國(guó)際服裝機(jī)械展覽會(huì)(INDO INTERTEX2017)在印度尼西亞雅加達(dá)國(guó)際會(huì)展中心開幕，本屆展會(huì)的主題是“可持續(xù)發(fā)展，提高生產(chǎn)力”。本屆展會(huì)主要展出紡紗、織布、印染、服裝機(jī)械及配件，紡織染料和顏料等產(chǎn)品 ；智能化和可持續(xù)發(fā)展是本屆展會(huì)的重點(diǎn)。隨著智能高效設(shè)備的需求不斷增長(zhǎng)，印尼紡機(jī)展與時(shí)俱進(jìn)，展示了眾多前沿設(shè)備和技術(shù)。

近年來(lái)，印尼政府出臺(tái)鼓勵(lì)發(fā)展紡織、服裝工業(yè)的措施，紡織品已成為該國(guó)的支柱出口產(chǎn)品。從2017年起，印尼政府恢復(fù)對(duì)紡織廠購(gòu)置新機(jī)器提供10%補(bǔ)貼的政策，將促進(jìn)印尼對(duì)紡機(jī)的進(jìn)口。正是因此，該展會(huì)吸引了業(yè)內(nèi)眾多專業(yè)展商。該展會(huì)已舉辦15屆，今年吸引了來(lái)自中國(guó)、韓國(guó)、土耳其、印度等20個(gè)國(guó)家的展團(tuán)。其中，來(lái)自中國(guó)(含臺(tái)灣、香港、澳門地區(qū))的企業(yè)約300多家。中國(guó)紡織機(jī)械(集團(tuán))有限公司攜旗下鄭州紡機(jī)、經(jīng)緯紡機(jī)、恒天立信等重量級(jí)企業(yè)統(tǒng)一形象參展，通過(guò)展機(jī)、圖片、網(wǎng)上虛擬紡機(jī)展等形式展出了集團(tuán)在棉紡、化纖、非織造、染整機(jī)械等領(lǐng)域的最新產(chǎn)品。同和紡織機(jī)械制造有限公司、金輪針布(江蘇)有限公司、常熟紡織機(jī)械廠、青島海佳機(jī)械有限公司等都有展位。

(摘自：中國(guó)紡織報(bào))

Development and Application of Fine Denier Polyphenylene Sulfide (PPS) High Performance Staple Fibers

Li Wen-jun

(Suzhou Jinquan New Material Co.Ltd., Suzhou 215531, China)

In view of the situation of fine denier polyphenylene sulfide high performance staple fibers for high temperature bag type dedusting all dependent on imports, domestic research and development were carried out. The raw material selection, drying, spinning and drawing process were developed and studied. High-quality PPS fine denier fiber were produced to meet market demand.

high performance; fine denier; staple fiber; high-temperature dedusting; PPS

2017-03-26

李文俊(1965-)，男，高級(jí)工程師，主要從事化纖產(chǎn)品開發(fā)與研究。

TS102.5

B

1673-0356(2017)05-0012-03